季节性冻土的冻胀融沉影响当地建筑物与构筑物的结构安全，找到地温随时间的变化数据可推算时间域内冻胀融沉对地面建筑的影响规律.以大庆市非饱和冻土为例，基于热传导理论和非饱和土渗流理论，在原位地温监测数据的基础上，建立了冻土的含相变过程的热-流-固（THM）三场耦合数值模型.通过数值模拟结果与实测结果的比较验证了冻土模型的准确性.结果表明：地温随地表温度呈延时周期性变化，在地面以下2.0 m以内，深度每增加0.5 m，温度波峰和波谷日大约推迟30 d；冻结期持续时间影响冻结深度，从而对当地土的周期性冻胀量起决定性影响，冻结期内土的每年最大冻胀位移为30.0 mm左右，冻结期结束后地面高度将快速恢复到冻结期之前的水平，季冻区冻胀融沉敏感性建筑物及构筑物的基础施工时间选择在冻结期结束后2个月至冻结期开始前，可有效减少冻胀融沉危害，大庆及其他类似季节性冻土地区的土壤冻融和冻融过程中的水热迁移研究可作为借鉴.

在气候变暖背景下,北半球多年冻土呈现不同程度的退化趋势,冻土升温、活动层增厚、地下冰消融改变了区域工程地质条件、地形地貌,不仅对寒区环境和工程稳定性造成潜在的威胁,还影响着这些地区的气候、水文和生态过程。因此,准确评估和预估多年冻土热状况的变化具有重要科学和实践意义。现有用于模拟多年冻土热状况的各类模式重点考虑了近地表温度场变化对多年冻土的影响,主要集中于对气温和浅表层物理过程和参数化方案等改进和优化,而对于下边界条件设置对多年冻土热状况模拟的影响少有讨论。基于一维热传导冻土模型,以五道梁地区的多年冻土为研究对象,通过设置不同的下边界方案进行模拟实验,定量评估百年尺度气候变化下不同下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响。结果表明:近地表层(30m)的地温对百年尺度气候变化的响应不仅与气候变化的幅度有关,还与多年冻土相变热的多少有直接的关系。下边界条件不恰当的设置方式会对大尺度的气候变化下多年冻土消融程度的计算造成较大的影响,进而可能对深层...

冻土性质与温度密切相关,为分析跑道运行年限内下部地温随外界气温改变的变化规律,通过有限元软件建立多年冻土区跑道模型,计算6种年均气温、4种换填深度共计24种工况下跑道地温场的分布。结果显示:近跑道土体地温年变化幅度大,达到足够深度后,地温逐渐稳定。土基最大融深随跑道运行时间的增长逐渐增大,年均气温越低,下部土体热状况越好。随换填深度增加,会使一定范围内的跑道地温降低,换填深度增大到一定程度后,地温降低的幅度逐渐减小。

我国有多条油气管道位于多年冻土地区,工程问题层出不穷。因输送介质处于正温状态,其所释放热量对管道周围冻土冻融过程有极大影响。为阐明正温管道对多年冻土温度场及冻融特征的影响,基于西部某多年冻土区正温输气管道现场实验,对管道地基温度场进行了为期1年的现场实测。数据分析表明,多年冻土天然上限为1.5～2.0m;土体融化期及冻结期分别为6—10月、11—次年5月;监测段多年冻土热量收支基本平衡,属于不稳定冻土,在外界热扰动下极易退化;正温输气管道的存在引起了多年冻土的退化且对其温度场有很大影响,水平方向影响范围约1.5m,管下最大融深可达7.0m。同时指出了针对处于临界状态的多年冻土,在基于对其全面、深入了解的基础上,越早考虑相关工程建设带来的热扰动对多年冻土的不利影响,则处置难度越低且损失越小。

多年岛状冻土区公路工程的主要问题是由于永冻土的不断退化,导致公路路基产生较大的不均匀变形,从而引发热融沉、路基纵裂及冻胀变形等严重的路基病害,掌握该类路基地温场的活动规律是解决其热稳定性问题的前提条件。因此,本文以实际工程为依托,采用有限元数值模拟方法,对其工后1 a内的路基地温场进行瞬态模拟分析,并与实测数据进行对比验证,从而提出了高纬度地区多年岛状冻土路基的年周期性的地温变化过程可分为冻结、过渡和融化3个阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基内地温分布特征、影响因素及变化规律。

高速公路路基幅面宽度的成倍增加,沥青路面的吸热效应更为显著,工程对其下伏多年冻土的热影响更为显著.热棒、热棒保温板复合结构等传统工程措施能否保护宽幅高速公路下冻土稳定是一个亟待回答的问题.根据带相变热传导有限元方法,对共和-玉树高速普通路基、热棒路基和热棒保温板复合结构路基在未来全球变暖情形下的地温场特征进行了数值模拟分析.结果表明:在年平均气温为-3.5℃或地表年平均温度为-1℃的多年冻土地区,普通路基和热棒路基在全球变暖条件下路基下伏冻土都将发生融化,宽幅公路路基将会产生显著融沉变形,不能保证宽幅公路路基20 a使用期内的稳定性.热棒保温板复式结构显示了较好的冷却路基效果,在第20年路基下多年冻土人为上限高于原天然上限,路基下富冰冻土仍处于冻结状态,可以保证宽幅沥青公路在服务期内的热稳定性.

详细分析了青藏铁路沿线多年冻土腹部风火山地区近30年来地温场的变化规律,从年平均地温、天然上限等多角度论证了青藏铁路沿线的多年冻土处于衰退状态。多年冻土的退化将导致地基强度的降低,影响建于其上的青藏铁路的稳定性,因此需要增加能够通过主动降温来保护多年冻土区铁路路基的工程措施,以保证青藏铁路的安全运营。

选取青藏铁路多年冻土南界典型断面,分析路基地温在运营阶段的变化特征,并对温度场可能的变化趋势进行推测:认为冻土区南界填筑路基影响了冻土天然地温场,使人为上限降低,并造成阴阳坡的温度场不均。因此,需要采用一定的补强措施来保障铁路的安全运营。

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。

随着我国多年冻土区高速和高等级公路建设的发展,冻土路基稳定性成为工程建设的关键科学问题．应用有限元计算分析发现,沥青路面下路堤底面的年均热流量为砂砾路面下的3倍；高等级公路在路面宽度较普通公路增加1倍的时候,底面年平均热流量增加60%,且增加的热流主要集中在路堤底面的中心部位,并产生“聚热效应”,导致多年冻土的退化进程加快0．6倍；这种关系不会因路堤高度增加而减弱．因此,在多年冻土区修建高等级公路,会带来更为严重的工程病害,在工程建设中必须充分重视,并采取积极的防治措施,才能确保工程的长期稳定．